操作系统

第一章
名词解释：
命中率：
H是指CPU访问高速存储器次数与访问所有存储器次数的比值。

丢失率：1-H

指令周期：
一个指令周期包括取指阶段，执行阶段，和中断检测阶段。

存储器的层次结构：
存储器按照层次的结构进行安排，离CPU越近的存储器速度越快，单位字的价钱越高，访问次数越高，容量越小。

Cache：
在计算机存储系统层次结构中，处于CPU和主存储器之间的高速小容量存储器。

局部性原理：在执行程序期间，CPU对指令存储访问和数据存储访问呈现“簇”状。在较长时间后，“簇”状会发生变化，但在短时间内处理器总是访问存储器中固定的簇。

多道程序设计：
多道程序轮流执行的概念被称为多道程序设计
简答：
高速缓冲存储器设计所考虑的问题：
1）存储器的大小
2）块大小
3）替换策略
4）写策略
5）映射函数

I/O操作中三种可能的技术及其特点：
Programing I/O（可编程I/O）：
优点，可以通过改变程序调整系统所控制的外部设备数目和类型；缺点，CPU要不断的监测I/O操作是否已经完成，这就使得CPU一直处在一个繁忙状态，降低了CPU的使用效率。
中断驱动I/O，优点，CPU不用一直等待I/O操作完成，可在I/O传输数据的过程中继续执行其它任务，直到收到I/O模块发出的中断为止。CPU仍然要忙于I/O传送工作，且I/O传送速度受限于CPU测试设备和提供服务的速度。
DMA，优点当对多字I/O传送时，DMA比中断控制I/O和可编程I/O要高效。

从不同角度描述中断驱动I/O的过程：
从I/O模块：
当收到CPU发送的ＲＥＡＤ信号后，I/O模块将从相关外围设备中读取数据。一旦数据被读入该模块的数据寄存器中，模块通过控制线给处理器发出一个中断信号，然后就等待，直到处理器请求，就将寄存器中的数据放入总线中。
从处理器：
发出一个READ命令，当收到I/O模块的一个中断时，挂起当前执行程序，开始执行中断处理程序，执行该中断。

第二章

基本概念：
操作系统：
操作系统是控制应用程序执行的程序，并充当应用程序和计算机硬件之间的接口。
多道程序设计：
如果内存能够装载两个或两个以上的作业，当一个作业等待I/O操作时，处理器就切换到另一个没有等待I/O的进程，这种设计方式叫做多道程序设计。
批处理系统：
批处理(batch processing )就是将作业按照它们的性质分批，然后再成批地提交给计算机系统，由计算机自动完成后再输出结果，从而减少作业建立和结束过程中的时间浪费。
分时系统：
分时是指多个用户分享使用同一台计算机。多个程序分时共享硬件和软件资源，由操作系统控制每个用户程

序在很短的时间单位内交替执行。
进程：
一个计算机正在执行的程序
线程：
可分派的工作单元。它包括处理器上下文和栈中自己的数据域。
死锁：
一个程序获得了一个设备的控制权，另一个程序获得了另一个设备的控制权，然而它们都在等待对方释放自己想要的资源。这种现象叫死锁
SMP：
对称多处理器，拥有多个处理器，这些处理器共享一个主存和一个I/O设备，它们之间通过通信总线或其他内部连接方案相互链接，所有处理器都可以执行相同的功能（因此称为对称）。
微内核结构：
只给内核分配一些最基本的功能，包括地址空间，进程间通信和基本调度。

问答题：
进程和线程之间的关系：
进程是一个或多个线程和相关系统资源的集合。
操作系统的三个目标：
1）方便
2）有效
3）扩展能力
操作系统的类型：
分时，批处理，实时
批处理系统和分时系统的区别
（1）批处理系统中，一个作业可以长时间地占用CPU。而分时系统中，一个作业只能在一个时间片的时间内使用CPU
（2）主要目标不同，批处理系统主要为了充分使用CPU，而分时系统主要是为了减少响应时间。
（3）操作系统的指令不同，批处理程序使用作业控制语言和作业提供的命令，分时系统使用中的键入的命令。
引入多道的原因：
I/O设备相对于处理器的速度太慢，处理器花费一定的运行时间进行计算，直到到达一个I/O指令，这时他必须等到这个I/O指令结束后继续进行。

第三章
基本概念：

进程映像：
程序，数据，栈和属性的集合，可以保存在邻近的或连续的存储块或辅存中，但有部分也可以留在主存中。

两状态进程模型：
运行和非运行状态

简答：
进程映像的典型组成元素：
用户程序
进程数据
系统栈
进程控制块

使用两种模式的原因：
它可以保护操作系统和重要的操作系统数据表不受用户程序的干扰。

进程创建的步骤：
1）给进程分配一个唯一的进程ID
2）给进程分配空间
3）初始化进程控制块
4）设置正确的连接
5）创建扩充其它数据结构

进程切换的时机：
中断
陷阱
系统调用

模式切换时要保存的进程上下文包括什么：
程序计数器，其它处理器寄存器和栈信息
对五种状态的描述：
新建：刚刚创建的进程还没有把它加入到可执行的进程组中。通常是进程控制块已经创建，但还没有加载到主存中。
就绪态：进程做好了准备，只要有机会就开始运行。
阻塞态：进程在某个事件的发生前不能执行。
运行态：该进程正在执行。
退出态：操作系统从可执行进程组中释放的进程，或者是因为自身停止了，或者是因为

某种原因被取消了。

第四章

基本概念：

多线程：
操作系统提供一个进程中多个线程同时执行的能力。
用户级线程：
在一个纯粹的用户级线程中，有关线程管理的所有工作都是由应用程序完成，内核没有意识到线程的存在。
内核级线程：
在一个纯粹的内核级线程中，有关线程管理的所有工作都是由内核完成，应用程序没有进行线程管理的代码，只有一个到内核级线程设施的应用程序接口。
微内核：
微内核是一个小型的操作系统核心，它为模块化提供了基础。
简答：
进程概念的两个特点：
资源所有权
调度/执行

与线程相关的四种基本操作：
派生
阻塞
解除阻塞
结束

为什么需要线程同步：
一个进程中的所有线程都共享同一地址空间和诸如打开文件之类的资源。一个线程对资源的任何修改都会影响一个进程所有线程的环境。因此需要同步所有线程的活动，以便它们互不干扰且不破坏数据结构。

用户级线程的优缺点：
优点：
1.线程切换不需要内核模式特权，减少了模式切换
2.调用可以是应用程序专用
3.ULT适用于任何OS，不需要修改底层内核
缺点：
1.对于系统调用，ULT只要有一个线程阻塞，进程中的其他线程都要阻塞
2.在纯粹的ULT中，一个多线程应用程序不能利用多道处理技术

SMP结构的四种分类：

微内核组织结构的优点：
一致接口
可扩展性
灵活性
可移植性
可靠性
分布式系统支持
对面向对象操作系统的支持

第五章
基本概念：
临界区：一段代码，这段代码的执行将访问共享资源，当这段代码被另一进程执行时，这个进程就不能在这段代码中执行。
死锁：
互斥：
饥饿：一个运行的进程尽管能执行，但是调度器无限期地忽视，而不能被调度执行的情况。
竞争条件：多个线程或者进程在读写一个共享数据时结果依赖于它们执行的相对时间，这种情形叫竞争。
活锁：

简答题：
操作系统关注哪些问题：
1）操作系统必须能够记住各种活跃进程
2）操作系统必须为每个进程分配和释放各种资源
3）操作系统必须保护每个进程的数据和物理资源，避免其他进程无意的干涉。
4）一个进程的功能和输出结果必须与执行速度无关
互斥的实现方法
1）硬件支持
中断禁用
专用机器指令
2）软件支持
信号量
管程
消息

第六章
概念：
可重用资源：
是指一次只能提供一个进程进行安全使用，并且不会因为使用而耗损的资源。
可消费资源:是指可以创建并且可以销毁的资源。

简单题：
死锁产生的条件：
互斥
占有且等待
非抢占
循环等待

死锁的预防：
1）互斥，不可能禁止
2）

占有且等待，可以要求进程一次性的请求所有需要的资源，并且阻塞这个进程直到所有请求都满足。
3）非抢占，首先占有某些资源的一个进程进行进一步资源请求被拒绝，则该进程必须释放它最占有的资源。另外一种方法是，如果一个进程请求当前被另一个进程占有的资源，则操作系统可以抢占另一个进程，要求它释放资源。
4）循环等待，可以通过定义资源类型的线性顺序来预防。

死锁的避免：
银行家算法

死锁的检测:
死锁检测算法

第七章
概念：
逻辑地址：程序指令所用地址，与当前数据在内存中的物理分配地址无关的访问地址，在执行内存的访问之前，必须把他转换成物理地址。
物理地址：是相对于某些点的存储单元。
相对地址：数据在主存中的实际位置
内部碎片：由于被装入的数据小于分区大小，从而导致分区内部有空间浪费现象称为内部碎片
外部碎片：随着时间的推移，内存中产生了越来越多的碎片，内存的利用率随之下降，这种现象称为外部碎片
分页产生内部碎片，分段产生外部碎片。

简答题：
内存管理的需求：
重定位
共享
保护
物理组织
逻辑组织
固定分区和分页的差别：
固定分区：在系统生成阶段，主存被划分成许多静态分区。进程可以装入到大于或者等于自身大小的分区中。
分页：主存被划分成许多大小相等的帧，每个进程被划分成许多大小与帧相等的页，要装入一个进程，需要把进程包含的所有页都都装入到主存不一定连续的某些帧中。
动态分区和分段的差别：
动态分区：分区是动态创建的，因而使得每个进程可以装入到与自身大小正好相等的分区中。
分段：每个进程被划分成许多段，要装入一个进程，需要把进程包含的所有段都装入到主存内不一定连续的某些动态分区中。

第八章
概念：
虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。
虚拟地址即是逻辑地址，包括页号和偏移量
实地址即是物理地址，包含帧号和偏移量
虚拟地址通过查询页表转换为物理地址
OPT(最佳算法)：替换下次访问距当前时间最长的那些页
LRU(最少使用)：替换主存中上次使用距当前最远的页
FIFO(先进先出)：把分配给进程的页帧看做是一个循环缓冲区，按循环方式移动页。
存储策略：确定一页何时存入主存
清除策略：确定在何时将一个被修改过的页写回辅存

简答题：
操作系统的内存管理设计取决

于三个基本的选择：
是否使用虚存技术
使用分页还是分段，或者二者的组合。
为各种存储管理特征采用的算法。
简单分页与虚拟内存分页有什么区别？
简单分页：当进程运行时，它的所有页必须都在主存中，除非使用了覆盖技术
虚存分页：当进程运行时，并不是它的所有页都必须在主存帧中，只在需要时才读入页，把一页读入主存可能需要把另一页写到磁盘
简单分段与虚拟内存分段有什么区别？
简单分段：当进程运行时，它的所有页都必须在主存中，除非使用了覆盖技术
虚存分段：当进程运行时，并不是他的所有段都必须在主存帧中，只在需要时才读入段，把一段读入主存可能需要把另外的一段或几段写到磁盘

页表项有什么东西：
页号，偏移量，控制位

命中率概念：两级存储器中，对所有住存储器的访问更快的存储器所占比例。
抖动概念：CPU大部分时间用于交换块，而非执行指令
原因：在稳定状态，几乎主存的所有空间都被进程块占据，处理器和操作系统可以直接访问到尽可能多的进程，因此处理器读取一块的同时，必须把另一块扔出，如果一块正好在将要被用到之前扔出，操作系统不得不很快把它取回来，太多类似的操作导致系统抖动
解决方法：OS试图根据最近的历史推测不远的未来即将被使用的块
分段的优点：
1）简化不断增长的数据结构处理
2）允许程序独立地改变或重新编译，而不要求整个程序集合重新链接和重新加载。
3）有助于进程间共享
4）有助于保护
驻留集管理三种策略及其含义
固定分配，局部范围
可变分配，全局范围
可变分配，局部范围

第九章
概念：
长：决定加入到待执行的进程池中
中：什么时间，哪一个进程被挂起和唤醒
短：决定哪一个可用进程将被处理器执行
抢占式：正在运行的进程被CPU中断，将其转移到就绪态
非抢占式：一个进程一旦处于运行态，则一直运行直到终止，或者等待I/O或者其他OS服务阻塞自己

第十章
概念
寻道时间:磁头定位到磁道所需的时间。
旋转延迟：磁头到达扇区开始位置的时间。
存取时间：寻道时间+旋转延迟.
传输时间：数据传输所需要的时间。 V
造成磁盘读写延迟的因素：寻道时间，旋转延迟，传输时间
FIFO：
SSTF：最短服务原则
SCAN：要求磁道臂只能沿着一个方向移动，并在中途满足所有未完成的请求，直到它到达这个方向上的最后一个磁道，或者在这个方向上没有其他请求位置。
C-SCAN：

简答题：
I/O缓冲的作用，好处：
在发送输入信号之前输入数据，在发出输出信号之后过一段时间才输出数据。
I/O缓冲的概念，类型和

引入的原因：
概念：为避免死锁，在发出I/O请求之前，参与I/O操作的用户存储空间必须被立即锁定在主存中，即使这个I/O操作正在排队，并且在一段时间内不会被执行。
类型：单缓冲，双缓冲，循环缓冲
原因：平滑I/O请求的峰值的一种技术
块设备/流设备的概念，差异：
面向块的I/O设备：将信息保存在块中，块得大小通常是固定的，传输过程中依次传送一块，通过块号访问数据。
面向流的I/O设备：以字节流的方式输入输出数据。

第十二章
概念：
计算机文件是以计算机硬盘为载体存储在计算机上的信息集合。
简答题
3种文件的分配方法：
连续分配：在创建文件时，给文件分配一组连续的块
链式分配：基于单个的块，链中的每一个块都包含指向下一块的指针
索引分配：每个文件在文件分配表中有一个一级索引
5种文件的逻辑结构，组织访问方式：
堆文件:
逻辑结构：堆是最简单的文件组织形式，数据按它们到达的顺序被采集，每个记录由一串数据组成，可变长度记录，可变域集合
组织：堆的目的仅仅是保存大量的数据，每个数据保存在不同的域，或相似的域的不同顺序，因此每个域是自描述的，且拥有自己的域名和值。
访问方式：堆没有文件结构，故访问文件的方式采取穷举搜索即是要查找某一特定域或某一特定值都要查找整个文件，当数据在处理前采集或难以组织以及数据大小或结构
顺序文件，索引顺序文件，索引文件，直接或散列文件
三种物理结构
逻辑I/O
基本I/O管理程序
基本文件系统